DE102011075314A1 - Amplifier, has damping unit attenuating input signal of amplifier, and control circuit generating control signal of attenuator based on comparison result and limiting control signal with maximum control signal - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Verstärker und ein Verfahren zum Betrieb eines Verstärkers. The invention relates to an amplifier and a method for operating an amplifier.
Hochfrequenz-Leistungsverstärker setzen sich oft aus vielen parallel geschalteten Leistungstransistoren zusammen. Ihre Ausgangsleistung wird mit einer Regelschaltung konstant gehalten, bei welcher die mit dem Detektor erfasste Ausgangsleistung mit einem Sollwert verglichen wird. So zeigt die
Ein Problem stellt dabei der Ausfall von Leistungstransistoren dar. Erfolgt eine Regelung der Verstärkung bei sämtlichen eingesetzten Transistoren, führt der dadurch auftretende Leistungsabfall zu einem Ausgleich durch die Regelung. Die verbleibenden Transistoren müssen mehr Leistung liefern, was schlimmstenfalls zu Folgeausfällen, zumindest jedoch zu einer Übersteuerung führt. Dies ist insbesondere bei Linearverstärkern unerwünscht, da es zu Störungen in Nachbarkanälen führen kann. A problem here is the failure of power transistors. If a control of the gain in all the transistors used, the resulting power loss leads to a compensation by the scheme. The remaining transistors must deliver more power, which in the worst case leads to consequential failures, but at least overdrive. This is undesirable in particular with linear amplifiers, since it can lead to disturbances in neighboring channels.
Eine Lösung für dieses Problem ist beispielsweise, dass Istwert-Detektoren hinter mehreren Teilverstärkern gleicher Ausgangsleistung über Dioden entkoppelt so an den Regelverstärker angeschlossen sind, dass der Teilverstärker mit dem größten Ausgangssignal die Regelung bestimmt. Als Teilverstärker werden vorzugsweise über 3 dB-Richtkoppler parallel geschaltete Transistorpaare eingesetzt, da deren HF-Ausgangsleistung nahezu unabhängig von der Größe des Lastwiderstands ist. Fällt nun ein Transistor aus, ändert sich die Aussteuerung der verbleibenden Transistoren nur dann, wenn das die Regelung bestimmende Teilsystem betroffen ist. Selbst dann ist die Änderung nur gering, da alle Istwert-Detektoren nahezu die gleiche Signalstärke liefern. Das System versagt erst, wenn in allen mit einem Istwert-Detektor ausgestatteten Teilsystemen je mindestens ein Transistor ausgefallen ist. One solution to this problem is, for example, that actual value detectors behind several sub-amplifiers of the same output power decoupled via diodes are connected to the control amplifier, that the sub-amplifier with the largest output signal determines the scheme. As partial amplifiers, parallel-connected transistor pairs are preferably used via 3 dB directional couplers, since their RF output power is almost independent of the magnitude of the load resistance. If a transistor now fails, the modulation of the remaining transistors only changes if the subsystem determining the regulation is affected. Even then, the change is small, as all actual value detectors deliver nearly the same signal strength. The system only fails if at least one transistor has failed in all subsystems equipped with an actual-value detector.
Es gibt allerdings Systeme, bei welchen die Anwendung des oben dargestellten Prinzips nicht möglich ist, weil es keine entsprechenden Teilverstärker gleicher Ausgangsleistung gibt. Insbesondere bei Doherty-Verstärkern ist dies der Fall. Um hier eine gewisse Toleranz gegenüber Transtorausfällen zu erreichen, kann der Stellbereich des Regelverstärkers so begrenzt werden, dass die bei Transistorausfall auftretende Übersteuerung der intakten Transistoren nicht zu deren Ausfall führen kann. Der dabei zu berücksichtigende Bereich muss jedoch so groß sein, dass Änderungen der Verstärkung, die durch die Betriebserwärmung des Verstärkers sowie den zulässigen Temperaturbereich bedingt sind, sowie Änderung des Eingangssignals sicher ausgeglichen werden können. However, there are systems in which the application of the above principle is not possible, because there are no corresponding sub-amplifier of the same output power. This is especially the case with Doherty amplifiers. In order to achieve a certain tolerance to Transtorausfällen here, the control range of the control amplifier can be limited so that the occurring during transistor failure overdriving the intact transistors can not lead to their failure. However, the range to be taken into account must be so large that it is possible to compensate for the changes in the amplification caused by the operational warming of the amplifier and the permissible temperature range as well as the change in the input signal.
Außerdem unterliegt die Verstärkung über Frequenz und Exemplar einer nicht unerheblichen Streuung, sodass 3–5 dB schnell erreicht und überschritten sind. Damit ist eine fest einstellbare Beschränkung des Stellbereichs nahezu wirkungslos, wenn sie nicht Frequenz- und Exemplarindividuell gestaltet wird. Dies ist beispielsweise mittels einer Look-up-Tabelle möglich. Solche Lösungen erfordern jedoch einen umfangreichen Abgleichvorgang, bei welchem der Frequenzgang und Eigenschaften des individuellen Geräts gemessen und berücksichtigt werden. Dies ist aufwendig und berücksichtigt Temperatureinflüsse nicht. Diese müssen über feste Kennlinien unter Berücksichtigung der gemessen Temperatur kompensiert werden. Diese Gesamtlösung ist sehr kompliziert und intolerant gegenüber alterungsbedingten Veränderungen. In addition, the amplification over frequency and specimen is subject to a considerable dispersion, so that 3-5 dB are reached and exceeded quickly. Thus, a fixed adjustable restriction of the adjustment range is almost ineffective if it is not designed frequency and copy individual. This is possible, for example, by means of a look-up table. However, such solutions require a comprehensive matching process in which the frequency response and characteristics of the individual device are measured and taken into account. This is expensive and does not take temperature influences into account. These must be compensated by means of fixed characteristic curves taking into account the measured temperature. This overall solution is very complicated and intolerant of age-related changes.
Der gegenwärtigen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker und ein Verfahren zum Betrieb eines Verstärkers zu zeigen, welche einen geringen Aufwand erfordern und gleichzeitig eine hohe Toleranz gegenüber Ausfällen von Teilverstärkern aufweisen. The present invention has for its object to show an amplifier and a method for operating an amplifier, which require little effort and at the same time have a high tolerance against failures of sub amplifiers.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für den Verstärker durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und für das Verfahren zum Betrieb eines Verstärkers durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche. The object is achieved according to the invention for the amplifier by the features of independent claim 1 and for the method for operating an amplifier by the features of
Ein erfindungsgemäßer Verstärker weist eine erste Verstärkerschaltung, eine zweite Verstärkerschaltung und eine Regelungsschaltung auf. Die erste Verstärkerschaltung und die zweite Verstärkerschaltung sind derart verbunden, dass sich ihre Ausgangssignale zu einem Gesamtausgangssignal kombinieren. Die Regelungsschaltung führt einen Vergleich eines aus dem Gesamtausgangssignal ermittelten Signals und einem Referenzwert durch. Der Verstärker verfügt weiterhin über ein Dämpfungsglied einstellbarer Dämpfung, welches ein Eingangssignal des Verstärkers dämpft. Die Regelungsschaltung erzeugt anhand des Vergleichs ein Stellsignal des Dämpfungsglieds und stellt damit die Dämpfung ein. Die Regelungsschaltung begrenzt das Stellsignal mit einem maximalen Stellsignal. An amplifier according to the invention has a first amplifier circuit, a second amplifier circuit and a control circuit. The first amplifier circuit and the second amplifier circuit are connected such that their output signals combine to form a total output signal. The control circuit performs a comparison of a signal determined from the total output signal and a reference value. The amplifier also has an attenuator of adjustable attenuation which attenuates an input signal of the amplifier. The control circuit generates a control signal of the attenuator based on the comparison and thus sets the attenuation. The control circuit limits the actuating signal with a maximum actuating signal.
Die Regelungsschaltung bestimmt vorzugsweise das maximale Stellsignal zumindest mittelbar aus früheren Stellsignalen. The control circuit preferably determines the maximum control signal at least indirectly from earlier control signals.
Der erfindungsgemäße Verstärker und das erfindungsgemäße Betriebsverfahren basieren bevorzugt auf einer adaptiven Anpassung des Stellbereichs des Regelverstärkers an die momentanen Bedingungen im Regelkreis. Dabei wird ausgenutzt, dass sich Temperatur- und Alterungsbedingte Veränderung der Verstärkung und des Eingangssignals nur langsam vollziehen. Vorteilhafterweise wird die Stellgröße, z.B. die Stellspannung eines Dämpfungsgliedes in langsamen Intervallen erfasst. Die Begrenzung des Stellbereichs ergibt sich aus dem gemessenen Wert zuzüglich einer Differenz, welche bis zur nächsten Messung unter Voraussetzung normaler Temperatur- bzw. Alterungsprozesse nicht überschritten werden darf. D.h. wenn die Stellspannung des Dämpfungsglieds nach dem Einschalten und ersten Einregeln der Ausgangsleistung langsam ansteigt, weil die Verstärkung mit steigender Temperatur sinkt und die Dämpfung des Dämpfungsgliedes verringert werden muss, um die Ausgangsleistung konstant zu halten, steigt die Beschränkung des Stellbereichs langsam mit an. The amplifier according to the invention and the operating method according to the invention are preferably based on an adaptive adaptation of the control range of the control amplifier to the instantaneous conditions in the control loop. It exploits the fact that changes in the gain and the input signal caused by temperature and aging are slow. Advantageously, the manipulated variable, for example the control voltage of an attenuator, is detected at slow intervals. The limitation of the setting range results from the measured value plus a difference which may not be exceeded until the next measurement under the condition of normal temperature or aging processes. That is, if the set voltage of the attenuator increases slowly after power-on and initial adjustment of the output power, because the gain decreases with increasing temperature and the attenuation of the attenuator must be reduced to keep the output constant, the limitation of the positioning range slowly increases.
Bei sprunghaften Änderungen, beispielsweise verursacht durch einen Transistorausfall oder auch sprunghafte Änderungen des Eingangssignals, wird die Anpassung der Beschränkung des Stellbereichs vorzugsweise ausgesetzt. Die Beschränkung des Stellbereichs ist damit voll wirksam. Eine sprunghafte Änderung wird vorzugsweise daran erkannt, dass die zwischen zwei Messwerten des Stellwerts auftretende Änderung größer als zulässig ist. Die Beschränkung des Stellbereichs kann so sicher in einem Bereich gehalten werden, welcher im Fehlerfall eine zu starke Übersteuerung verhindert. Bei Transistorausfall kann der Aussteuerungsanstieg der verbleibenden Transistoren auf < 1dB begrenzt, und damit im Rahmen der oben beschriebenen Systeme mit identischen Verstärkern gehalten werden. In the event of abrupt changes, for example caused by a transistor failure or else sudden changes in the input signal, the adjustment of the limitation of the control range is preferably suspended. The limitation of the adjustment range is thus fully effective. A sudden change is preferably recognized by the fact that the change occurring between two measured values of the manipulated variable is greater than permissible. The restriction of the control range can be kept so safe in a range that prevents too much overdriving in case of error. In the event of transistor failure, the gain increase of the remaining transistors can be limited to <1 dB, and thus be kept within the framework of the systems described above with identical amplifiers.
Vorteilhafterweise kann nun während die Beschränkung des Stellwerts konstant gehalten wird, der Zustand analysiert und die Quelle des Fehlers ermittelt werden. Ist die Ursache beispielsweise ein Transistorausfall, kann ein Sollwert der Ausgangsleistung entsprechend korrigiert werden. Die adaptive Anpassung des Stellbereichs kann anschließend vorzugsweise erneut aufgenommen werden. Bis zum Austausch des defekten Transistors kann das System nun mit reduzierter Leistung weiterarbeiten. Advantageously, while the restriction of the manipulated variable is kept constant, the state can now be analyzed and the source of the error can be determined. If the cause is, for example, a transistor failure, a setpoint of the output power can be corrected accordingly. The adaptive adaptation of the adjustment range can then preferably be resumed. Until the replacement of the defective transistor, the system can now continue to operate at reduced power.
Darüber hinaus kann die adaptive Ermittlung des Stellbereichs bevorzugt immer dann ausgesetzt werden, wenn große Änderungen zu erwarten sind. So bietet es sich beispielsweise an, beim Einschalten und Ausschalten sowie bei Änderungen des Referenzwerts, d.h. der Sollleistung die adaptive Ermittlung des Stellbereichs auszusetzen. In addition, the adaptive determination of the setting range can preferably be suspended whenever large changes are to be expected. For example, it may be useful to turn it on and off and change the reference value, i. the setpoint power to suspend the adaptive determination of the setting range.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen: The invention will be described by way of example with reference to the drawing, in which an advantageous embodiment of the invention is shown. In the drawing show:
Zunächst wird anhand der
Das Eingangssignal
Weiterhin gibt die Steuereinrichtung
Die Dioden
In
In einem fünften Schritt
Ist beim zweiten Schritt
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Eine beliebige Anzahl von Teilverstärkern kann eingesetzt werden. Auch können Verstärker eingesetzt werden, welche nicht Doherty-Verstärker sind. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar. The invention is not limited to the illustrated embodiment. Any number of sub amplifiers can be used. Also amplifiers can be used, which are not Doherty amplifier. All features described above or features shown in the figures can be combined with each other in any advantageous manner within the scope of the invention.
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